工業(yè)運動(dòng)控制技術(shù)實(shí)訓裝置,工業(yè)控制實(shí)訓設備:上海碩博公司

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2023年12月10日

工業(yè)運動(dòng)控制技術(shù)實(shí)訓裝置,工業(yè)運動(dòng)控制技術(shù)實(shí)訓設備

SBGYW-02型工業(yè)運動(dòng)控制技術(shù)實(shí)訓裝置

一、產(chǎn)品概述

工業(yè)運動(dòng)控制技術(shù)實(shí)訓臺是根據人力資源和社會(huì )保障部制定的"可編程序控制系統設計師"培訓及國家職業(yè)標準考核大綱內容，適當增加新技術(shù)，按照職業(yè)教育培訓、職業(yè)技能鑒定和實(shí)訓教學(xué)要求而研制的。適合職業(yè)院校、職業(yè)培訓學(xué)校、職教中心、鑒定站/所對可編程序控制系統設計師的四、三、二級開(kāi)展培訓及技能鑒定。

二、研發(fā)背景

1.工業(yè)運動(dòng)控制技術(shù)實(shí)訓裝置是根據人力資源和社會(huì )保障部制定的"可編程序控制系統設計師"培訓及國家職業(yè)標準考核大綱內容，適當增加新技術(shù)，按照職業(yè)教育培訓、職業(yè)技能鑒定和實(shí)訓教學(xué)要求而研制的。

2.工業(yè)迅速發(fā)展處理器要求不斷提高，教學(xué)需要與時(shí)俱進(jìn)設備要不斷升級，而教學(xué)還需要從基礎學(xué)起，同時(shí)滿(mǎn)足需要實(shí)驗室建設重復會(huì )導致浪費資金和實(shí)驗室空間。

3.一個(gè)產(chǎn)品需要多種加工工藝，導致工業(yè)現場(chǎng)設備錯縱復雜，一個(gè)主機不能完成所有工作，需要多個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行相互配合完成。

4.不同層次的考核需要不同設備，不能有機的進(jìn)行結合，有些實(shí)訓完成后無(wú)法進(jìn)行考量檢查學(xué)生的接受程度。

三、裝置特色

1.實(shí)訓建設理念為一次性建設，本設備采用通用型寬展口，所有主機的I/O口都可通過(guò)擴展口引出，可以用于插接式訓練，也可進(jìn)行線(xiàn)接式實(shí)操訓練；還設有兩塊可拆卸的網(wǎng)孔板可對不同層次的學(xué)生進(jìn)行考核。

2.采用模塊組合式結構，含開(kāi)關(guān)量、模擬量、變頻調速、觸摸屏、通信模塊等，配套HMI工控組態(tài)監控軟件，實(shí)現仿真化、信息化實(shí)訓教學(xué)。

3.項目實(shí)訓模塊：利用目前典型的可編程控制器及總線(xiàn)技術(shù)完成對工業(yè)生產(chǎn)中典型案例的模擬對象、實(shí)物模型中的邏輯、模擬、過(guò)程、運動(dòng)等的控制。

4.仿真實(shí)訓教學(xué)：通過(guò)虛擬環(huán)境實(shí)時(shí)顯示PLC運行狀態(tài)，模擬工業(yè)現場(chǎng)控制，可以進(jìn)行編程訓練、程序編寫(xiě)測試等功能。

5.模塊化網(wǎng)絡(luò )系統：網(wǎng)絡(luò )結構主要由西門(mén)子S7-1200構成，根據工業(yè)中西門(mén)子PLC應用歷程構建了一個(gè)工業(yè)網(wǎng)絡(luò )，網(wǎng)絡(luò )通訊涉及PROFINET通訊、以太網(wǎng)通等多層網(wǎng)絡(luò )通訊。

四、技術(shù)性能

1.輸入電源：三相四線(xiàn)（或三相五線(xiàn)）～380V±10% 50Hz

2.工作環(huán)境：溫度-10℃～+40℃ 相對濕度＜85%(25℃) 海拔＜4000m

3.裝置容量：＜0.5kVA

4.重量：100kg

5.外形尺寸：1780mm×730mm×1460mm

6.安全保護：具有漏電壓、漏電流保護裝置，安全符合國家標準

五、基本配置及功能

實(shí)訓裝置由S7-1200單元、變頻調速單元、小車(chē)運動(dòng)控制單元、、實(shí)訓組件單元、二維絲桿控制單元、觸摸屏單元、以太網(wǎng)交換機、交流電機等組成。

1.S7-1200單元

S7-1200單元主要由主機1215C和信號轉接板組成。

主機1215C,125 KB 工作存儲器；24VDC 電源，板載 DI14 x 24VDC 漏型/源型，板載 DQ10 x 24VDC 及 AI2 和 AQ2；板載 6 個(gè)高速計數器和 4 個(gè)脈沖輸出；信號板擴展板載 I/O；多達 3 個(gè)用于串行通信的通信模塊；多達 8 個(gè)用于 I/O 擴展的信號模塊；0.04 ms/1000 條指令；2 個(gè) PROFINET 端口，用于編程、HMI 和 PLC 間數據通信

2.觸摸屏單元

觸摸屏單元采用西門(mén)子KTP700 Basic 7寸彩色觸摸屏，用于1200主機以太網(wǎng)通訊，控制和顯示各單元的運行狀態(tài)。

3.以太網(wǎng)交換機

以太網(wǎng)交換機采用非網(wǎng)管型工業(yè)以太網(wǎng) 10/100MBIT/S交換機，自帶8個(gè)雙絞線(xiàn)端口，RJ45 接口；用于構建小型星形和總線(xiàn)形拓撲結構；自帶LED診斷顯示，供電電源DC 24V 。

4.變頻調速單元

變頻調速單元采用西門(mén)子SINAMICS 系列G120變頻器，三相相380V供電，輸出功率0.75KW。集成PN通訊接口，提供BOP操作面板；具有線(xiàn)性V/F控制、平方V/F控制、可編程多點(diǎn)設定V/F控制，磁通電流控制、直流轉矩控制；集成4路數字量輸入，1路模擬量輸入；具備過(guò)電壓、欠電壓保護，變頻器、電機過(guò)熱保護，短路保護等。

5.實(shí)訓組件

實(shí)訓組件主要由電源掛箱虛實(shí)結合掛箱，掛箱區域采用開(kāi)放式結構可根據需求增加不同掛箱。

電源掛箱提供AC380V、AC220V、DC24V電源，為實(shí)訓掛箱和電機實(shí)訓單元提供動(dòng)力源；設有啟動(dòng)停止按鈕，各相電源工作指示，具有過(guò)流、過(guò)壓、短路等保護。

6.二維絲桿控制單元

二維絲桿控制單元主要由伺服驅動(dòng)和步進(jìn)驅動(dòng)組成。

伺服電機用于控制Y軸絲桿，采用交流伺服驅動(dòng)，工作電壓AC220V，輸出功率200W。采用數字信號處理器（DSP）作為控制核心，智能功率模塊（IPM）內部集成了驅動(dòng)電路,同時(shí)具有過(guò)電壓、過(guò)電流、過(guò)熱、欠壓等故障檢測保護電路，具有較強的溫度、濕度、振動(dòng)等環(huán)境適應能力和很強的抗干擾的能力；支持位置、速度和力矩三種方式對伺服馬達進(jìn)行控制。

步進(jìn)電機用于控制X軸絲桿，采用交流伺服驅動(dòng)，工作電壓DC24V，輸出功率35W；內部集成控制電路和功率電路，具有自檢線(xiàn)圈和短路保護等功能。

7.三相交流電機

交流額定電壓380V/△接法，轉速1400轉/min，功率40W，頻率50HZ，絕緣等級E級。

六、工業(yè)運動(dòng)控制技術(shù)實(shí)訓裝置主要配置清單

序號	品名	規格（mm）	數量	單位
1	1215 CPU	6ES7215-1AG40-0XB0+SM1223	1	個(gè)
2	V90 Profinet通訊	200W，單相220V	1	個(gè)
3	G120變頻器	交流變頻調速部件 G120 PN標準變頻驅動(dòng)控制系統：1）G120 PN標準變頻驅動(dòng)控制系統控制單元 CU250-2 PN；2）G120標準變頻驅動(dòng)控制系統基本操作面板BOP-2；3）G120標準變頻驅動(dòng)控制系統0.75KW以上,380V電源輸入功率單元 PM240-2。（功率輕載0.75KW重載0.55KW）	1	個(gè)
4	觸摸屏	KTP700 Basic PN	1	臺
5	步進(jìn)電機	57步進(jìn)電機	1	個(gè)
6	三相異步電機	三相異步電動(dòng)機180W	1	個(gè)
7	小車(chē)運動(dòng)單元	定制	1	套
8	二維絲杠單元	定制	1	套
9	傳感器	光電、磁性、電感傳感器	1	套
10	交換機	8口	1	臺
11	試驗臺	定制	1	套
12	掛箱模塊		1	套
13	電梯模型	參數見(jiàn)附件	1	套

七、實(shí)訓項目

PLC基本技能實(shí)訓

MCGS組態(tài)棒圖實(shí)驗教學(xué),利用已編輯好組態(tài)棒圖,對以下任何實(shí)驗進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤教學(xué)實(shí)驗針對實(shí)驗項目的具體要求，學(xué)生自行編輯組態(tài)棒圖進(jìn)行實(shí)驗。

（一）PLC認知實(shí)訓（軟硬件結構、系統組成、基本指令、接線(xiàn)、編程下載等）

PLC虛擬控制應用實(shí)訓

1.數碼顯示控制

2.搶答器控制

3.天塔之光控制

4.音樂(lè )噴泉控制

5.十字路口交通燈控制

6.水塔水位控制

7.自動(dòng)送料裝車(chē)系統控制

8.四節傳送帶控制

9.裝配流水線(xiàn)控制

10.多種液體混合裝置控制

11.自控成型機控制

12.自動(dòng)洗衣機控制

13.電鍍生產(chǎn)線(xiàn)控制

14.自控軋鋼機控制

15.郵件分揀機控制

16.自動(dòng)售貨機控制

17.機械手控制控制

18.四層電梯控制

(二)PLC實(shí)物控制應用實(shí)訓

19.直線(xiàn)運動(dòng)位置檢測、定位控制

20.步進(jìn)電機定位控制

21.步進(jìn)電機的速度控制

22.步進(jìn)電機的正反轉控制

23.伺服電機定位控制

24.伺服電機的速度控制

25.伺服電機的正反轉控制

26.伺服電機和步進(jìn)電機的綜合控制

(三)典型電動(dòng)機控制實(shí)操實(shí)訓

27.三相鼠籠式異步電動(dòng)機點(diǎn)動(dòng)和自鎖PLC控制

28.三相鼠籠式異步電動(dòng)機聯(lián)動(dòng)正反轉PLC控制

29.三相鼠籠式異步電動(dòng)機帶延時(shí)正反轉PLC控制

30.三相鼠籠式異步電動(dòng)機Y/△轉換起動(dòng)PLC控制

（四）PLC、變頻器、觸摸屏綜合應用技能實(shí)訓

31.變頻器功能參數設置與操作

32.外部端子點(diǎn)動(dòng)控制

33.變頻器控制電機正反轉

34.多段速度選擇變頻調速

35.變頻器無(wú)級調速

36.外部模擬量方式的變頻調速控制

37.基于PLC的變頻器外部端子的電機正反轉控制

38.基于PLC模擬量方式變頻開(kāi)環(huán)/閉環(huán)調速控制

39.基于PLC通信方式的變頻開(kāi)環(huán)調速

40.基于觸摸屏控制方式的基本指令編程練習

41.基于觸摸屏控制方式的數碼顯示控制

(4)網(wǎng)絡(luò )通訊綜合實(shí)訓

42.PLC、觸摸屏與變頻器通信控制

43.PLC、變頻器、觸摸屏組網(wǎng)綜合應用實(shí)訓

八、四層電梯實(shí)訓模型

（一）四層電梯實(shí)訓模型簡(jiǎn)介

系統由機械傳動(dòng)和電氣控制兩部分組成：機械部分控制門(mén)的開(kāi)，閉和轎箱的上下移動(dòng)；控制部分由PLC控制各項功能開(kāi)關(guān)和指示燈，以完成電梯的各項動(dòng)作。

電梯的電氣控制系統采用西門(mén)子PLC智能控制（也可以采用三菱），具有自動(dòng)平層、自動(dòng)關(guān)門(mén)、集選控制功能、順向響應轎內外呼梯信號、直駛、電梯安全運行保護、照明等功能。且具有性能可靠、運行平穩、操作簡(jiǎn)單、能耗低和便于教學(xué)等特點(diǎn)。此模塊可以擴展單片機接口，也就是說(shuō)亦可以通過(guò)單片機控制，實(shí)現了一套系統多種教學(xué)用途。

系統構成：電梯模型包括升降電機、極限開(kāi)關(guān)、導軌、隨行電纜、廳門(mén)、召喚按鈕、樓層顯示裝置、轎廂、開(kāi)關(guān)門(mén)機構、平層裝置、轎廂內指層燈、轎廂照明、控制系統等。

（二）電梯的主要組成部件

1.拽引機：拽引機是電梯的驅動(dòng)裝置，它主要包括：①驅動(dòng)電機②拽引輪：拽引機上的繩索稱(chēng)為拽引輪。兩端借助拽引繩分別懸掛轎廂和配重塊，并依靠拽引繩與拽引輪槽間的靜摩檫力來(lái)實(shí)現轎廂的升降。③導向輪：為保證轎廂端和配重端拽引繩各自垂直于轎廂和對重，且保持平行，并保證拽引輪有足夠大的包角，故一般常設置導向輪（俗稱(chēng)抗繩輪）。

2.轎廂：轎廂由轎廂架、轎廂體等組成。轎廂因用途不同，規格尺寸與外形設計不同。

3.導軌：導軌通過(guò)導軌支架被固定在井道壁上，導軌的位置限定了轎廂和對重的位置，導軌是轎廂上下運行的軌道。

4.對重裝置：對重裝置由對重輪、對重架、對重砣、拽引繩等組成。對重與轎廂相襯托起平衡作用。

5.限位開(kāi)關(guān)：該裝置可以裝在轎廂上，也可以裝在電梯井道上端站和下端站附近，當轎廂運行超過(guò)端站時(shí)，用于切斷電源的安全裝置。

6.電梯內呼按鈕：在本教學(xué)電梯中，電梯內呼按鈕裝在電梯模型面板的左上角，用于指定想要到達的樓層，并可以顯示電梯轎廂運行位置和運行方向。

7.樓層顯示窗：它安裝在電梯模型面板的右側，通過(guò)操作帶有向上或向下箭頭的按鈕可以讓轎廂到達你所在的樓層，并可以顯示電梯轎廂運行位置。

（三）電梯控制原理

1.本教學(xué)電梯是一種由乘客自己操作的自動(dòng)電梯模型。樓層顯示窗口在電梯右側，并在頂層和底層分別設有一個(gè)向上和向下的召喚按鈕（即上下樓層按鈕），而在其他層站各設有上下召喚按鈕。左上角的電梯內呼按鈕設有與層數相等的相應指令按鈕。當進(jìn)入轎廂的乘客按下指令按鈕時(shí)，指令信號被登記，當等待在門(mén)外的乘客按下上下樓層按鈕時(shí)，此信號被登記。電梯在向上運行的過(guò)程中按登記的指令信號和向上的召喚信號逐一給予�？�，直至信號登記的最高層站，然后又反向向下運行，順次相應向下指令信號和召喚信號給予�？�。每次�？繒r(shí)，電梯自動(dòng)進(jìn)行減速、平層、開(kāi)門(mén)。當乘客進(jìn)出轎廂完畢后，又自行關(guān)門(mén)，直至完成最后一項工作。如有信號再出現，則電梯根據信號位置選擇方向自行啟動(dòng)運行。若無(wú)工作指令，則轎廂停留在最后�？康膶訕�。

2.自動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)：當電梯慢速平層時(shí)，經(jīng)過(guò)平層延遲后門(mén)機動(dòng)作，自動(dòng)開(kāi)門(mén)，當門(mén)開(kāi)到位是，門(mén)開(kāi)到位開(kāi)關(guān)動(dòng)作，門(mén)機停止。電梯靠樓層開(kāi)門(mén)后，經(jīng)大約2秒延時(shí)，門(mén)電機向關(guān)門(mén)方向運轉。當門(mén)關(guān)到位時(shí)，門(mén)關(guān)到位開(kāi)關(guān)動(dòng)作，門(mén)機停止。但當乘客按下關(guān)門(mén)按鈕時(shí)電梯就立刻關(guān)門(mén)。當轎廂停在某層且門(mén)關(guān)閉，按下該層召喚按鈕，則門(mén)將被打開(kāi)。

3.電梯的啟動(dòng)、加速和滿(mǎn)速運行

電梯的啟動(dòng)由PLC、變頻器及電磁制動(dòng)器共同控制。首先PLC根據指令信號確定上升（Q1.4口輸出）或下降（Q1.5口輸出）指令，然后將上升或下降及速度控制指令傳遞給變頻器相應的正傳或反轉及預置速度，并將開(kāi)閘指令給電磁制動(dòng)器使制動(dòng)器抱閘松開(kāi)。變頻器經(jīng)過(guò)內部設定預置速度控制電梯的啟動(dòng)、加速和滿(mǎn)速運行。

（四）實(shí)驗程序介紹

第一部分：實(shí)驗目的

1.了解電梯的基本結構和動(dòng)作原理；

2.掌握采用遠程I/O通信網(wǎng)絡(luò )系統實(shí)現了電梯的PLC控制。

3.掌握PLC控制的基本原理, 掌握三相異步電動(dòng)機、變頻器、傳感器（用于平層定位）、旋轉編碼器（產(chǎn)生高速計數脈沖）的原理及使用。

第二部分：實(shí)驗內容

1、實(shí)驗步驟及調試方法

（1）把四層電梯實(shí)訓模型的程序下載到PLC，按照接線(xiàn)圖把PLC輸入輸出的線(xiàn)接接到面板上，檢查接線(xiàn)無(wú)誤后上電操作。

(2)把可編程控制器撥向RUN后,若電梯轎廂停留在一層。按一下“樓層顯示窗”下面的一層上樓按鈕，即表示要乘坐電梯，若轎廂沒(méi)有在一樓，當在一層按下一層上樓按鈕后，轎廂會(huì )先下降到所在位置再開(kāi)門(mén)。若在一層樓，電梯轎門(mén)打開(kāi)，在“電梯內呼按鈕”下的按鈕中按下想要到達的樓層，樓層指示燈會(huì )亮，并按關(guān)門(mén)按鈕，電梯門(mén)閉合。轎廂開(kāi)始上升，在“樓層顯示窗”中會(huì )顯示當時(shí)電梯轎廂所在樓層。當到達了所指定的樓層時(shí)，轎廂門(mén)會(huì )打開(kāi)，過(guò)一會(huì )再自動(dòng)閉合。

（3）在其他樓可按上樓或下樓按鈕，電梯轎廂會(huì )到達所在層，然后轎廂門(mén)打開(kāi)，再按下想要到達的樓層，并按下關(guān)門(mén)按鈕，電梯轎門(mén)關(guān)閉，電梯轎廂開(kāi)始上升或下降，到達指定樓層后，轎門(mén)打開(kāi)，過(guò)一會(huì )再自動(dòng)關(guān)閉。

（4）在電梯轎廂運行過(guò)程中，轎廂上升（或下降）途中，反方向下降（或上升）的外呼梯信號會(huì )按照順序依次相應，消除召喚信號。例如，電梯轎廂在一樓，在上升到四樓的過(guò)程中，若三樓有三層上升按鈕召喚，同時(shí)還有二層下降按鈕召喚，電梯轎廂會(huì )在上升過(guò)程中先響應三層上升按鈕，消除三層召喚信號。再響應四層內呼按鈕，最后再下降到二樓響應二層下樓按鈕，但只有最后響應的樓層電梯轎廂門(mén)會(huì )打開(kāi)。電梯在執行完最后一個(gè)指令而�？繒r(shí)，這時(shí)如有乘客進(jìn)入轎廂，則其指令信號可優(yōu)先決定電梯運行方向。

（5）電梯未平層或運行時(shí)，開(kāi)門(mén)按鈕和關(guān)門(mén)按鈕均不起作用。平層且電梯轎廂停止運行后，按開(kāi)門(mén)按鈕轎廂門(mén)打開(kāi)，按關(guān)門(mén)鈕轎廂門(mén)關(guān)閉。

2、輸出IO分配（有源信號輸出24V/0V）

序號	標識	功能	序號	標識	功能
1	Q1	1層外呼上行按鈕信號	10	Q10	4層平層信號
2	Q2	2層外呼上行按鈕信號	11	Q11	開(kāi)門(mén)狀態(tài)
3	Q3	2層外呼下行按鈕信號	12	Q12	開(kāi)關(guān)狀態(tài)
4	Q4	3層外呼上行按鈕信號	13	Q13	1層內呼按鈕信號
5	Q5	3層外呼下行按鈕信號	14	Q14	2層內呼按鈕信號
6	Q6	4層外呼上行按鈕信號	15	Q15	3層內呼按鈕信號
7	Q7	1層平層信號	16	Q16	4層內呼按鈕信號
8	Q8	2層平層信號	17	Q17	開(kāi)門(mén)按鈕信號
9	Q9	3層平層信號	18	Q18	關(guān)門(mén)按鈕信號

3、輸入IO分配（無(wú)源信號輸入）

序號	標識	功能	序號	標識	功能
1	I1	1層外呼上行按鈕指示燈	8	I8	2層內呼按鈕指示燈
2	I2	2層外呼上行按鈕指示燈	9	I9	3層內呼按鈕指示燈
3	I3	2層外呼下行按鈕指示燈	10	I10	4層內呼按鈕指示燈
4	I4	3層外呼上行按鈕指示燈	11	I11	電梯開(kāi)門(mén)
5	I5	3層外呼下行按鈕指示燈	12	I12	電梯關(guān)門(mén)
6	Q6	4層外呼下行按鈕1層外呼上行按鈕指示燈	13	Q13	電梯上行
7	Q7	1層內呼按鈕指示燈	14	Q14	電梯下行